DE102013000578A1

DE102013000578A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verkleben von Bauteilen

Info

Publication number: DE102013000578A1
Application number: DE201310000578
Authority: DE
Inventors: Michael Preuss; Martin Keuerleber; Matthias Graf; Tobias Huber
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Daimler AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2014-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung (18) zum Verkleben eines ersten Bauteils (12) mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere eines metallischen Bauteils, mit zumindest einem weiteren Bauteil (14) mittels eines wärmeaktivierbaren Klebstoffs, welcher durch Mikrowellenbestrahlung aktiviert wird, wobei während des Verklebens das erste Bauteil (12) erwärmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkleben eines ersten Bauteils mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere eines metallischen Bauteils, mit zumindest einem weiteren Bauteil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Verkleben eines ersten Bauteils mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere eines metallischen Bauteils, mit zumindest einem weiteren Bauteil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.
Um schnelle und haltbare Klebeverbindungen, beispielsweise im Kraftwagenbau, zu schaffen, ist die Verwendung heißvernetzender Klebstoffe oder Silikone bekannt, die bei Wärmeeintrag in kurzer Zeit aushärten. Verantwortlich hierfür sind spezielle chemische Systeme, die nur bei Wärme aktiviert werden und eine schnelle Reaktionszeit besitzen. Solange kein Wärmeeintrag stattfindet, ist die Verarbeitbarkeitsdauer hoch.
Zum Erwärmen des Klebstoffs beim Herstellen derartiger Klebeverbindungen sind verschiedene Methoden bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2008 041 262 A1 eine Klebeverbindung, bei der der Kleber selektiv durch Mikrowellenstrahlung oder induktiv erwärmt wird. Auch die Verwendung von Infrarotstrahlung ist bekannt.
Mikrowellenbasierte Silikone benötigen zudem polare Additive, die die Strahlung absorbieren und sich aufgrund von Reibungsvorgängen die Pole erwärmen. Die Erwärmung geschieht hierbei von innen nach außen bei geringer spezifischer Leistung und ohne Trägheiten. Die Additive übertragen die Wärme dabei direkt an die Silikone bzw. Klebstoffe. Sobald die Temperatur die Vernetzungstemperatur des Silikons erreicht, härten die Silikone durch die Erwärmung aus.
Bei induktiver Erwärmung können die Silikone unverändert bleiben. Hierbei wird Wärme in leitfähige Fügepartner, insbesondere in metallische Bauteile, durch die Induktion von Wirbelströmen mittels elektromagnetischer Wechselfelder eingetragen. Durch die entstehende Verlustwärme kommt es zu joulescher Erwärmung des Substrats. Neben dem Verkleben von metallischen Bauteilen kann die induktive Erwärmung auch für Kunststoffteile eingesetzt werden, die an der Klebefläche mit einem Induktionswärme erzeugenden Mittel, beispielsweise mit metallischen Nanopartikeln, beschichtet sind, wie beispielsweise aus der DE 10 2007 000 862 A1 bekannt.
Sowohl das induktive als auch das mikrowellenbasierte Aktivieren von Klebstoffen ist mit Nachteilen behaftet. Bei der Mikrowellenerwärmung erfolgt der Wärmeeintrag vom Inneren des Klebstoffes her. Besteht ein Fügepartner aus einem gut wärmeleitfähigen Material, so wird im Randbereich der Kleberschicht eine beträchtliche Wärmemenge abgeleitet, so dass die Temperatur des Klebestoffes in der Nähe des leitfähigen Fügepartners abnimmt. Die Aushärtung des Materials kann daher in Wandnähe nicht zuverlässig erfolgen, so dass keine zuverlässig haltbare Klebeverbindung geschaffen wird.
Bei der Erwärmung durch Induktion erfolgt dagegen der Wärmeeintrag vom metallischen Fügepartner in den Klebstoff hinein. Mit zunehmendem Abstand zum Metall verringert sich daher die Temperatur des Klebstoffes über die Schichtdicke. Damit kann ein solches Klebeverfahren nur bis zu einer bestimmten Spalthöhe der Klebeschicht ausgeführt werden, da bei zu dicken Klebstoffschichten im Kern der Klebstoffschicht die Vernetzungstemperatur nicht erreicht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 4 bereitzustellen, welche eine gleichmäßige Erwärmung beliebig dicker Klebstoffschichten auch beim Verkleben von gut wärmeleitfähigen Bauteilen erlauben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst.
Bei einem solchen Verfahren zum Verkleben eines ersten Bauteils mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere eines metallischen Bauteils, mit zumindest einem weiteren Bauteil mittels eines wärmeaktivierbaren Klebstoffs, welcher durch Mikrowellenbestrahlung aktiviert wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass während des Verklebens das erste Bauteil erwärmt wird. Hierdurch können die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Durch die Mikrowellenbestrahlung wird die Klebstoffschicht von innen her erwärmt, während durch die Erwärmung des Bauteils mit hoher Wärmeleitfähigkeit die Wärmeableitung aus der Klebstoffschicht reduziert oder ganz aufgehoben wird. Bei entsprechend starker Erwärmung dieses Bauteils kann auch von außen her zusätzliche Wärme in den Klebstoff eingetragen werden, so dass Klebstoffschichten beliebiger Dicke gleichmäßig erwärmt werden können und somit über die gesamte Schichtdicke zuverlässig vernetzen.
Es ist dabei insbesondere vorteilhaft, wenn das erste Bauteil induktiv erwärmt wird. Dies ermöglicht eine zuverlässige und gleichmäßige Erwärmung von metallischen Bauteilen.
Es ist ferner zweckmäßig, wenn das erste Bauteil vor dem Aktivieren des Klebstoffs vorgewärmt wird, so dass die Wärmeableitung aus der Klebstoffschicht besonders zuverlässig vermieden wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Verkleben eines ersten Bauteils mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere eines metallischen Bauteils, mit zumindest einem weiteren Bauteil, welche einen Mikrowellenstrahler zum Erwärmen eines wärmeaktivierbaren Klebstoffs aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zudem eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des ersten Bauteils aufweist. Wie bereits anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, kann so die Wärmeableitung aus der Klebstoffschicht vermindert oder aufgehoben werden oder sogar zusätzliche Wärme vom Randbereich in die Klebstoffschicht eingebracht werden, um so das gleichmäßige Aushärten von beliebig dicken Klebstoffschichten zu ermöglichen.
Dabei ist es insbesondere zweckmäßig, die Heizvorrichtung als Induktor auszubilden, um so auf einfachste Weise metallische Bauteile berührungsfrei gleichmäßig erwärmen zu können.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Klebeverbindung zwischen zwei Bauteilen und
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verkleben eines ersten Bauteils.
Um eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Klebeverbindung zwischen einem metallischen Bauteil 12 und einem nicht metallischen Bauteil 14 zu schaffen, wird in einem Spalt 16 zwischen den Bauteilen 12, 14 ein wärmeaktivierbarer Klebstoff eingebracht. Durch Erwärmen des Klebstoffes wird eine Reaktion im Klebstoff gestartet, die zu dessen Vernetzung und damit zur Aushärtung führt.
Zum Erwärmen des Klebstoffes dient eine im Ganzen mit 18 bezeichnete Vorrichtung, wie sie in 2 gezeigt ist. Die zu verklebenden Bauteile 12, 14 sind auf einer Schiene 20 in Richtung des Pfeils 22 beweglich angeordnet. Mittels eines Induktors 24 wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, welches im metallischen Bauteil 12 Wirbelströme induziert, so dass sich dieses aufgrund der Energieverluste erwärmt. Hierdurch wird von außen her, also von der Oberfläche 26 des Bauteils 12 weg Wärme in den Spalt 16 und damit in den Klebstoff eingetragen. Durch Bewegung entlang der Schiene 20 werden die Bauteile 12, 14 in den Wirkungsbereich eines Mikrowellen-Schlitzstrahlers 28 gebracht. Dieser führt zur dielektrischen Erwärmung des Klebstoffes im Spalt 16, so dass sich der Klebstoff auch von innen her erwärmt. Hierdurch wird eine gleichmäßige Erwärmung des Klebstoffes über die gesamte Breite des Spaltes 16 sichergestellt, so dass dieser unabhängig von der Spaltbreite gleichmäßig aushärten kann.
Neben der in 2 gezeigten Anordnung von Induktor 24 und Schlitzstrahler 28 können die genannten Komponenten 24, 28 auch in einem gemeinsamen Strahler integriert werden, so dass Wärmeverluste und Zeitverzögerungen vermindert werden.
Insgesamt sind so ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt, die das zuverlässige Aushärten von wärmeaktivierbaren Klebstoffen unabhängig von der Klebstoffdicke und der Wärmeleitfähigkeit der zu verklebenden Bauteile 12, 14 ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008041262 A1 [0003]
DE 102007000862 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Verkleben eines ersten Bauteils (12) mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere eines metallischen Bauteils, mit zumindest einem weiteren Bauteil (14) mittels eines wärmeaktivierbaren Klebstoffs, welcher durch Mikrowellenbestrahlung aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verklebens das erste Bauteil (12) erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (12) induktiv erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (12) vor dem Aktivieren des Klebstoffs vorgewärmt wird.
Vorrichtung (18) zum Verkleben eines ersten Bauteils (12) mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere eines metallischen Bauteils, mit zumindest einem weiteren Bauteil (14), mit einem Mikrowellenstrahler (28) zum Erwärmen eines wärmeaktivierbaren Klebstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (18) eine Heizvorrichtung (24) zum Erwärmen des ersten Bauteils (12) aufweist.
Vorrichtung (18) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (24) als Induktor ausgebildet ist.